“三物質(zhì)追蹤法”解題模型的建立和應(yīng)用

王麗平

化學(xué)實(shí)驗(yàn)流程題是高考熱門題型，是元素化合物知識(shí)與生產(chǎn)工藝、化學(xué)原理、化學(xué)實(shí)驗(yàn)等結(jié)合起來的綜合性試題，分值比重很大。化學(xué)實(shí)驗(yàn)流程題引導(dǎo)化學(xué)教學(xué)過程中關(guān)注化學(xué)學(xué)科的應(yīng)用性和實(shí)踐性，培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。該題型旨在考查學(xué)生在工藝流程中閱讀分析能力、化學(xué)反應(yīng)原理在工藝流程中的應(yīng)用能力、氧化還原反應(yīng)分析能力、元素化合物性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化關(guān)系的理解和應(yīng)用能力等。工業(yè)流程題以流程圖的形式呈現(xiàn)，以新情境方程式書寫、實(shí)驗(yàn)操作、化學(xué)計(jì)算和重要物質(zhì)的推斷等為考查方式。工業(yè)流程題綜合性強(qiáng)、情境新、學(xué)生感到難度很大，對(duì)流程題的態(tài)度現(xiàn)在是比較發(fā)怵。我通過構(gòu)建“雜質(zhì)成分確定的思維模型、濾液成分確定的思維模型和循環(huán)物質(zhì)確定的思維模型”，追蹤這三個(gè)物質(zhì)的去向，幫助同學(xué)們有效突破實(shí)驗(yàn)流程題。

一、思維模型的構(gòu)建與應(yīng)用

（1）雜質(zhì)成分確定的思維模型。除雜是工業(yè)流程中原料處理的重要環(huán)節(jié)。確定雜質(zhì)成分，首先分析題干信息，明確原料成分和產(chǎn)品成分，然后利用原子守恒等知識(shí)確定除雜元素，根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)推斷出除雜元素對(duì)應(yīng)的生成物，從而可確定雜質(zhì)成分。若是不熟悉的雜質(zhì)物質(zhì)不了解其性質(zhì)，一般題干會(huì)有信息提示，這一點(diǎn)同學(xué)們不用擔(dān)心。

以2018年新課標(biāo)Ⅱ卷26題為例，根據(jù)題干信息可知，原料成分為ZnS（含有二氧化硅和少量FeS、CdS、PbS雜質(zhì)）和產(chǎn)品成分為Zn，根據(jù)原子守恒推斷出雜質(zhì)元素為Si、Fe、Cd、Pb和S，其中S元素在焙燒時(shí)已經(jīng)以二氧化硫氣體的形式除去。根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)可知，二氧化硅與稀硫酸不反應(yīng)，Pb元素對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物硫酸鉛不溶于水，故濾渣除二氧化硅外還有硫酸鉛。由于沉淀亞鐵離子的pH較大，需要將其氧化為三價(jià)鐵離子，通過控制pH得到氫氧化鐵沉淀;濾液中加人Zn粉置換出Cd，最后將濾液電解得到金屬Zn。

（2）濾液成分確定的思維模型。確定濾液成分，首先分析題干信息，明確原料成分，看清流程圖中的箭頭指向，根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)寫出相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)，最后根據(jù)題干信息確定濾液成分。以2018江蘇卷16題為例，根據(jù)題干信息可知原料成分為氧化鋁、氧化鐵、二氧化硅、二硫化亞鐵和金屬硫酸鹽，根據(jù)物質(zhì)堿浸時(shí)，氧化鋁，二氧化硅轉(zhuǎn)化為可溶于水的偏鋁酸鈉，硅酸鈉，向過濾后得到的濾液中通入過量的二氧化碳，二氧化碳與偏鋁酸鈉生成碳酸氫鈉和氫氧化鋁。

（3）循環(huán)物質(zhì)確定的思維模型。確定溶液成分，首先分析題干信息，根據(jù)箭頭指向明確加入的物質(zhì)，根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)確定生成的物質(zhì)，然后對(duì)加人的物質(zhì)和生成的物質(zhì)進(jìn)行對(duì)照，重復(fù)的物質(zhì)即為循環(huán)物質(zhì)。以2019新課標(biāo)Ⅰ第26題為例，根據(jù)箭頭指向可知加入的物質(zhì)為硫酸銨、碳酸氫銨，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)確定生成的物質(zhì)為硫酸銨、硼酸、輕質(zhì)氧化鎂等，然后對(duì)加入的物質(zhì)和生成的物質(zhì)取交集，得到循環(huán)的物質(zhì)為硫酸銨，所以對(duì)應(yīng)的是溶浸工序循環(huán)使用。

二、工業(yè)流程題的備課建議

（1）重視基礎(chǔ)，滲透觀念。工業(yè)流程題是綜合性試題，元素化合物、生產(chǎn)工藝、化學(xué)原理、化學(xué)實(shí)驗(yàn)等知識(shí)是解決該題目的必備知識(shí)。在近幾年高考中，問題情境常常源于教材（例如2016·全國卷I、2016·北京卷、2017·全國卷II），工業(yè)流程題中的雜質(zhì)成分也是教材中的典型物質(zhì)，所以在高三復(fù)習(xí)時(shí)應(yīng)“先學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，再逐步組合，最后才能綜合應(yīng)用”。另外，在復(fù)習(xí)過程中應(yīng)不斷滲透反應(yīng)觀、守恒觀、物質(zhì)觀等化學(xué)基本觀念。

（2）重視應(yīng)用，聯(lián)系生活。工業(yè)流程題關(guān)注化學(xué)在能源、材料、技術(shù)等方面的應(yīng)用。在元素化合物知識(shí)復(fù)習(xí)時(shí)，不應(yīng)停留在“紙上談兵”，應(yīng)依托真實(shí)情景把教學(xué)內(nèi)容與基本實(shí)驗(yàn)、化學(xué)反應(yīng)原理、氧化還原反應(yīng)化工生產(chǎn)工藝、日常生活等結(jié)合起來，做到學(xué)以致用，而不是簡單的來回重復(fù)和死記硬背。

（3）重視方法，聚焦思維。工業(yè)流程題對(duì)學(xué)生信息的辨析與推理能力、分析與解決化學(xué)實(shí)際問題的能力等有較高的要求。在高三復(fù)習(xí)時(shí)應(yīng)緊緊圍繞學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，采用多種手段或方式，多運(yùn)用結(jié)構(gòu)化知識(shí)解決真實(shí)問題，使學(xué)生思維過程外化。在復(fù)習(xí)過程中，除了充分分析與歸納工業(yè)流程題的組成結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)外，還應(yīng)通過解題過程的分析尋找解題的突破口，通過遞進(jìn)式設(shè)問的方式構(gòu)建解題思維模型，通過解題方法的培養(yǎng)聚焦證據(jù)推理與模型認(rèn)知的化學(xué)核心素養(yǎng)。